中國500米口徑球面射電望遠鏡開始製造安裝索網

7月17日，隨着第一根主索的安裝，500米口徑球面射電望遠鏡反射面索網製造與安裝工程正式步入工程實施階段。

索網製造與安裝工程是500米口徑球面射電望遠鏡工程的主要技術難點之一，其關鍵技術問題主要包括：超大跨度索網安裝方案設計、超高疲勞性能鋼索結構研製、超高精度索結構製造工藝。該工程進入正式實施階段則標誌着上述三個主要技術難題已經得以解決。

FAST索網結構直徑500米，採用短程線網格劃分，並採用間斷設計方式，即主索之間通過節點斷開。索網結構的一些關鍵指標遠高於國內外相關領域的規範要求：例如，主索索長控制精度須達到1mm以內，主索節點的位置精度須達到5mm，索構件疲勞強度不得低於500MPa。整個索網共6670根主索、2225個主索節點及下拉索。索網總重量約為1300餘噸，主索截面一共有16種規格，截面積介於280mm2~1319mm2之間。由於場地條件限制，全部索結構須在高空中進行拼裝。索網採取主動變位的獨特工作方式, 即根據觀測天體的方位，利用促動器控制下拉索，在500m口徑反射面的不同區域形成直徑為300米的拋物面，以實現天體觀測。

整個索網安裝工程預計將耗時六個月，屆時將是FAST反射面主體工程的關鍵時間節點。索網建成後將形成一系列成果，例如，高疲勞性能鋼索製造工藝、大跨度索網安裝方案等，將對我國索工業水平起到顯著提升作用。

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-------- 關於500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)

由於來自太空天體的無線電信號極其微弱，80年來所有射電望遠鏡收集的能量還翻不動一頁書，為了獲得更多來自宇宙的無線電信號，甚至能夠閲讀到宇宙邊緣的信息，我們需要大口徑的射電望遠鏡來實現這一目標。但是由於自重和風載引起形變的限制，傳統全可動望遠鏡的最大口徑只能做到100米。

借鑑國外大射電望遠鏡的經驗，吸收當今世界上先進的望遠鏡技術。中國天文學家提出建造世界最大的單口徑射電望遠鏡——500米口徑球面射電天文望遠鏡。和同類大口徑射電望遠鏡相比，它的獨到之處在於：①利用貴州天然的喀斯特窪坑作為台址;②窪坑內鋪設數千塊單元組成500米球冠狀主動反射面，球冠反射面在射電電源方向形成300米口徑瞬時拋物面，使望遠鏡接收機能與傳統拋物面天線一樣處在焦點上;③採用輕型索拖動機構和並聯機器人，實現接收機的高精度定位。

全新的設計思路，加之得天獨厚的台址優勢，FAST突破了射電望遠鏡的百米極限，開創了建造巨型射電望遠鏡的新模式。它擁有30個足球場大的接收面積，將是國際上最大的單口徑望遠鏡。與號稱“地面最大的機器”的德國波恩100米望遠鏡相比，靈敏度提高約10倍;與排在阿波羅登月之前、被評為人類20世紀10大工程之首的美國Arecibo 300米望遠鏡相比，其綜合性能提高約10倍。作為世界最大的單口徑望遠鏡，FAST將在未來20—30年保持世界一流設備的地位。

-------- FAST工程的建設內容

FAST工程的主要建設目標是在貴州喀斯特窪地內鋪設口徑為500米的球冠形主動反射面，通過主動控制在觀測方向形成300米口徑瞬時拋物面;採用光機電一體化的索支撐輕型饋源平台，加之饋源艙內的二次調整裝置，在饋源與反射面之間無剛性連接的情況下，實現高精度的指向跟蹤;在饋源艙內配置覆蓋頻率70MHz~3GHz的多波段、多波束饋源和接收機系統;針對FAST科學目標發展不同用途的終端設備;建造一流的天文觀測站。

為實現這一建設目標，需要完成以下六項主要建設內容。①台址勘察與開挖：勘察台址工程地質和水文地質條件，開挖清理窪地，使其滿足望遠鏡建設的需要。②主動反射面：建設上萬根鋼索和數千個反射單元組成的球冠型索膜結構，口徑~500米，球冠張角110-120°，變形拋物面的均方差為5毫米。③饋源支撐系統：建設公里尺度的鋼索支撐體系，在饋源艙內安裝並聯機器人用於二級調整，最終調整定位精度為10毫米。④測量與控制：建設窪地中基準網和基準站，激光全站儀和近景測量系統，百米距離測量精度2毫米。採用現場總線技術實現數千點自動控制。⑤饋源與接收機：研製高性能的多波束饋源接收機，頻率覆蓋70MHz-3GHz。研製饋源、低噪聲致冷放大器、寬頻帶數字中頻傳輸設備、高穩定度的時鐘和高精度的頻率標準設備等。配置多用途數字天文終端設備。⑥觀測基地建設：建立望遠鏡觀測室、終端設備室、數據處理中心、各關鍵技術實驗室、辦公樓和綜合服務體系等。

-------- FAST工程的歷程與現狀

1993年國際無線電聯大會上，包括中國在內的10國天文學家提出建造新一代射電“大望遠鏡”的倡議，渴望在電波環境徹底毀壞前，回溯原初宇宙，解答天文學中的眾多難題。1995年底，以北京天文台為主，聯合國內20餘所大學和研究所成立了射電“大望遠鏡”中國推進委員會，提出了利用中國貴州喀斯特窪地，建造球反射面即阿雷西博型天線陣的喀斯特工程概念。中國科學家為進一步推進喀斯特概念，提出獨立研製一台新型的喀斯特單元，即500米口徑球面射電天文望遠鏡(FAST—Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope)。FAST台址確定在貴州省黔南州平塘縣克度鎮金科村的“大窩凼”窪地。FAST工程的預研究歷時13年，由中國科學院國家天文台主持，全國20餘所大學和研究所的百餘位科技骨幹參加了此項工作。

2007年7月10日，國家發改委原則同意將FAST項目列入國家高技術產業發展項目計劃，FAST項目正式立項。2011年3月25日，FAST工程正式開工建設。 FAST工程自正式開工建設以來，各系統陸續進入實施階段。首先是台址勘察與開挖系統，在參建各方的共同努力下，目前台址開挖工程已基本完成。與此同時，各工藝系統也在積極開展優化工作，邀請國內外優秀的專家學者交流訪問，組織多次專家評審會和研討會，積極為工程施工設計提供技術輸入。2011年11月，饋源支撐系統成為第一個進入工藝實施階段的子系統。其他工藝系統在反射面單元、促動器、望遠鏡總控與基礎測量、19波束接收機研製和電磁兼容保護等方面的優化設計研究工作也取得了階段性成果，地錨、圈樑的施工建造工作也逐步進入實施階段。為了FAST工程能夠發揮更大的科學價值，科學部成員在恆星形成、脈衝星研究、星系中的星系介質等研究方向上也取得了一系列成果。